O princípio de funcionamento da máquina de descascar centerless de grande-escala e a influência da coaxialidade de cada componente na qualidade do processamento são explicados. Com base na estrutura do equipamento e na prática de produção, são fornecidos os métodos de detecção e ajuste da coaxialidade da máquina descascadora centerless de grande-escala e as ferramentas e acessórios correspondentes.
A máquina descascadora centerless, também conhecida como torno centerless, é o equipamento principal para a produção de precisão de aço brilhante redondo e longo [1]. Ele usa uma ferramenta rotativa de alta-velocidade para cortar e descascar o material da superfície de barras de aço ultra{3}}longas, o que é mais eficiente do que os tornos comuns na remoção da incrustação de óxido e da camada de ferrugem na superfície do aço, melhorando assim a aparência e a qualidade da superfície do aço acabado. Atualmente, o diâmetro de processamento do torno centerless de grande-escala pode atingir 500 mm, o grau de tolerância do diâmetro pode atingir IT9, o valor de rugosidade da superfície Ra é 1,6-3,2 μm e o valor de rugosidade da superfície Ra após o polimento pode atingir 0,8 μm.
Os principais componentes da máquina descascadora centerless incluem: dispositivo de fixação, dispositivo guia de entrada, cabeça de corte rotativa, dispositivo guia de saída e carrinho de descarga. A coaxialidade dos 5 componentes acima (doravante denominada "coaxialidade de cinco- centros") é o indicador de precisão mais importante da máquina de descascar sem centro. A coaxialidade dos cinco centros afeta diretamente a qualidade superficial do produto; exceder esta tolerância levará a vários defeitos na superfície da peça.
Detectar e ajustar a coaxialidade dos cinco centros é bastante difícil. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] e outros estudaram o uso da própria estrutura do equipamento como referência para ajustar a precisão de cada componente separadamente, mas há pouca discussão sobre o ajuste unificado da coaxialidade dos cinco centros. O método de ajuste de coaxialidade fornecido por Dou Weitao et al.[4] é aplicável a máquinas de descascar sem núcleo de-tamanho pequeno, mas para máquinas de descascar sem núcleo-de grande porte, devido ao tamanho e peso maiores das peças, a detecção e o ajuste de precisão são mais difíceis. Portanto, ainda é necessário estudar esquemas de detecção e ajuste mais operáveis e fabricar ferramentas e acessórios correspondentes.
Nossa empresa possui duas máquinas de descascar sem núcleo, nomeadamente a americana HETRAN BT16 e a máquina de descascar sem núcleo Yantai Kejie WCS300S. Os tamanhos máximos do produto acabado são φ400mm e φ305mm, respectivamente. Nossa empresa explorou e tentou abordar o impacto do erro de coaxialidade de cinco{6}}centros na qualidade do produto e o método de ajuste da coaxialidade de cinco-centros em máquinas de descascar-de grande escala na prática. A seguir está uma introdução usando a máquina descascadora centerless BT16 como exemplo.
Figura 2 Princípio de funcionamento e estrutura do equipamento
Ao contrário do princípio de funcionamento da rotação da peça e avanço axial da ferramenta ao processar barras de aço redondas em um torno convencional, a ferramenta gira e a peça é alimentada axialmente quando a descascadora centerless está funcionando. O breve processo de trabalho é que o dispositivo de fixação fixa a barra e a alimenta, a máquina principal realiza o processamento de descascamento, os dispositivos guia de entrada e guia de saída amortecem a vibração e, em seguida, o carrinho de descarga puxa a barra para fora [5].
A parte de corte da máquina principal BT16 é uma cabeça de corte rotativa montada em um fuso oco com diâmetro interno de 600 mm (ver Figura 1). O fuso oco é instalado na caixa do fuso e é acionado pelo motor principal para girar em alta velocidade. 4 até 8 ferramentas instaladas simetricamente na cabeça de corte, resultando em alta eficiência de corte.
Imagem Figura 1 Cabeça de corte rotativa
O avanço axial da peça é completado pelo dispositivo de fixação (ver Figura 2). Dois pares de rolos de alimentação são instalados no dispositivo de fixação. A ação de fixação dos rolos é acionada por um cilindro hidráulico e um mecanismo de engrenagem. A rotação dos rolos é acionada por um servo motor e a velocidade de alimentação é estável e ajustável.
Imagem Figura 2: Dispositivo de fixação e caixa do fuso
O dispositivo guia de entrada (veja a Figura 3) consiste em três mandíbulas auto-centrantes ligadas por um mecanismo de alavanca.
Imagem Figura 3: Dispositivo guia de entrada
O dispositivo guia de saída (ver Figura 4) é instalado dentro do fuso oco da caixa do fuso. É um dispositivo de fixação autocentrante-ligado a quatro mandíbulas, com placas de cobre embutidas nas mandíbulas para proteger a superfície da peça acabada. Devido à adição de um dispositivo de ajuste mecânico para ajustar a coaxialidade de seu eixo com a cabeça de corte rotativa, a estrutura é mais complexa, mas a estrutura de ligação e a função que ela desempenha são semelhantes às da guia de entrada. Alguns equipamentos possuem dois conjuntos de dispositivos de guia de saída, que são chamados de guia central e guia traseira, respectivamente, de acordo com a distância da cabeça de corte rotativa, ou coletivamente chamados de guias intermediária e traseira.
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Figura 4. Dispositivo guia de saída
A função dos dispositivos guia de entrada e saída é fixar e apoiar a peça de trabalho, fornecendo orientação confiável, mantendo o movimento axial suave e evitando vibrações e rotação.
O principal componente do carrinho de descarga é um par de bigornas em formato de V-. A ação de fixação das bigornas superior e inferior é interligada por uma engrenagem auto{2}}centralizada e um mecanismo de cremalheira. A peça é fixada logo antes de sair dos rolos de alimentação, proporcionando força de fixação e força de avanço axial.
Em resumo, a coaxialidade dos centros dos cinco componentes -dispositivo de fixação, cabeça de corte rotativa, dispositivo guia de entrada, dispositivo guia de saída e carrinho de descarga-deve ser testada e ajustada com uma certa precisão. Caso contrário, a barra sofrerá deslocamento momentâneo ao entrar e sair dos dispositivos de fixação e guia. Mesmo um pequeno deslocamento afetará negativamente a qualidade da superfície da peça de trabalho.
Imagem 3. Impacto de cinco-coaxiais centrais excedendo a tolerância na precisão da usinagem
Exceder a tolerância de coaxialidade de cinco{0}}centros causará defeitos na superfície da peça, como marcas de vibração, degraus, excentricidade de giro, encolhimento da cauda da peça e erros de replicação.
3.1 Marcas de Vibração
Marcas de vibração normalmente aparecem na extremidade frontal da peça de trabalho, conforme mostrado na Figura 5. Como afirma o princípio de funcionamento do equipamento, quando a peça de trabalho começa o processamento e ainda não entrou na faixa de fixação do dispositivo de guia de saída, ela é mantida por dois pares de rolos de alimentação e o dispositivo de guia de entrada no dispositivo de fixação, enquanto a cabeça de corte realiza o processamento de descascamento. Se o desvio de coaxialidade dos dois pares de rolos de alimentação e do dispositivo de guia de entrada for grande, a peça de trabalho estará em um estado sobre-posicionado, sua rigidez diminuirá e ela tenderá a dobrar e deformar. Sob a ação da força de corte, a peça vibrará, formando marcas de vibração. Por outro lado, durante o-posicionamento excessivo, as forças de fixação dos rolos superiores e inferiores do dispositivo de fixação são diferentes, o que afetará a estabilidade da velocidade de alimentação e agravará a formação de marcas de vibração.
Imagem: Figura 5 Marcas de vibração aparecem na superfície da peça
3.2 Passos
As etapas (veja a Figura 6) geralmente aparecem em ambas as extremidades da peça de trabalho. As etapas aparecem na extremidade frontal da peça de trabalho porque quando a peça de trabalho é alimentada axialmente, quando a extremidade frontal da peça de trabalho atinge a posição do dispositivo de guia de saída ou a posição de fixação do carrinho de descarga, o dispositivo de guia de saída e o carrinho de descarga irão prender a peça de trabalho. Quando o dispositivo de guia de saída e o carrinho de descarga não são coaxiais com a cabeça de corte rotativa, a peça de trabalho sofrerá um deslocamento relativo radial em relação ao cortador, resultando em um degrau na posição correspondente na peça de trabalho. A distância do local do degrau até a extremidade frontal da peça de trabalho é igual à distância do dispositivo guia de saída ou carrinho de descarga até a fresa.
O degrau aparece na extremidade traseira da peça, que ocorre quando a peça se desengata dos rolos de alimentação e do dispositivo guia de entrada. Isto ocorre porque os rolos de alimentação e o dispositivo guia de entrada são coaxiais com a cabeça de corte rotativa. O mecanismo é o mesmo de quando um degrau aparece na extremidade frontal da peça de trabalho. A distância do local do degrau até a extremidade traseira da peça de trabalho é igual à distância dos rolos de alimentação ou do dispositivo guia de entrada até a fresa.
Imagem Figura 6: Etapas aparecem na superfície da peça de trabalho
3.3 Excentricidade de Torneamento
A principal causa da excentricidade de giro (ver Figura 7) é um grande desvio entre o dispositivo guia de entrada e o centro de rotação da cabeça de corte rotativa. Isso faz com que o centro da peça seja coaxial com o centro da cabeça de corte rotativa, causando excentricidade e um lado da circunferência da peça não seja usinado. Se o dispositivo de fixação e o dispositivo guia de entrada também forem coaxiais, a excentricidade será ainda mais amplificada. Portanto, sem considerar o erro de retilinidade da própria peça, o desalinhamento do dispositivo de fixação, do dispositivo de guia de entrada e da cabeça de corte rotativa é a principal causa da excentricidade de giro.
Imagem Figura 7 Excentricidade de Torneamento
3.4 Contração da cauda da peça
O encolhimento da cauda (ver Figura 8) é causado por um grande desvio de coaxialidade entre o dispositivo guia de saída, o carrinho de descarga e o centro de rotação da cabeça de corte rotativa. Durante o descascamento, a peça é submetida à ação combinada da força de corte radial na direção do diâmetro e à força de fixação do dispositivo guia de saída e do carrinho de descarga. Quando a peça é alimentada até a cauda e está prestes a sair da ferramenta, o equilíbrio de forças entre esses três é quebrado. Somente o dispositivo guia de saída e o carrinho de descarga aplicam força de fixação à peça de trabalho, causando deslocamento radial e resultando em encolhimento da cauda.
Imagem Figura 8 Encolhimento da cauda
3.5 Erro de replicação
A superfície da peça alterna entre áreas brilhantes e ásperas (ver Figura 9). O círculo vermelho na Figura 9 marca o pó de cobre que cai quando a placa de cobre da guia de saída desliza em relação à peça de trabalho. O aparecimento de pó de cobre indica que a superfície da peça é relativamente áspera nesta área. Este defeito é causado por um defeito significativo da espiral de forjamento na superfície do tarugo antes do descascamento (ver Figura 10). A distância entre áreas ásperas adjacentes na superfície da peça usinada é igual ao “passo” da espiral.
Teoricamente, esse defeito não deveria aparecer na superfície da peça acabada quando a largura das mandíbulas do dispositivo guia de entrada for maior que o “passo” da espiral. No entanto, quando o dispositivo de guia de entrada e o dispositivo de fixação não são coaxiais, as mandíbulas do dispositivo de guia de entrada ficam em contato-de ponto único com o tarugo. Como o tarugo está sendo alimentado em espiral, a espiral de forjamento na superfície do tarugo é refletida na superfície usinada.
Imagem Figura 9: Alternando áreas brilhantes e ásperas
Imagem Figura 10: Espiral de forjamento na superfície do tarugo antes da usinagem
Imagem 4: Método de ajuste para coaxialidade-de cinco centros
A detecção e o ajuste da coaxialidade de cinco{0}}centros devem ser baseados no centro da cabeça de corte rotativa montada no fuso oco como referência teórica. Como o eixo do fuso oco não é uma entidade sólida, é necessária uma barra de referência como referência de ajuste. A dificuldade reside em como selecionar uma posição de apoio razoável e um método de apoio para posicionar com precisão a barra de referência no eixo do equipamento. Máquinas de descascamento sem centro em grande-escala exigem barras de teste com diâmetro e massa significativos, necessitando de alta precisão e rigidez na seleção de componentes de suporte. Para as barras de teste, é crucial reduzir a sua massa, mantendo a sua rigidez.
Após inúmeras tentativas, nossa empresa finalizou o seguinte plano de ajuste: Primeiro, ajuste o dispositivo de guia de entrada para ficar concêntrico com a cabeça de corte rotativa. Em seguida, apoie as barras de teste nos orifícios cilíndricos dos dispositivos guia de entrada e saída e ajuste o centro dos roletes de fixação de alimentação e do carrinho de descarga. Um diagrama simplificado do método de suporte da barra de teste e procedimento de teste para a máquina de descascar centerless BT16 é mostrado na Figura 11.
Figura 11. Método de Apoio e Diagrama de Inspeção da Máquina de Inspeção de Barras
Inspeção de 1 barra
Dispositivo de 2 fixações
Manga de suporte de 3 frentes
Dispositivo guia de 4 entradas
Indicador de 5 mostradores
Cabeça de 6 cortadores
Dispositivo guia de 7 saídas
Manga de suporte traseiro 8
Carrinho de 9 Descargas
As mangas de suporte dianteiras e traseiras são instaladas nos dispositivos de guia de entrada e saída, respectivamente. A inspeção da barra é suportada por estas duas mangas de suporte (ver Figuras 12 e 13) porque estes dois componentes têm boa rigidez e suporte confiável. As duas mangas de suporte são utilizadas como referências de transição. Alinhar as mangas de suporte com a cabeça de corte rotativa é relativamente simples e pode facilmente alcançar alta precisão. Outra função das mangas de suporte é equilibrar os requisitos de rigidez e qualidade da inspeção da barra, permitindo que a inspeção da barra seja menor e mais leve, o que é benéfico para melhorar a precisão da inspeção e a eficiência do trabalho.
Imagem 12 Barra de suporte da manga de suporte frontal
Imagem 13 Barra de suporte da manga de suporte traseiro
Nossa empresa utiliza uma barra com comprimento de 3500mm, diâmetro de 120mm e retilineidade de 0,7mm/comprimento.
As etapas específicas para ajustar a coaxialidade-de cinco centros são as seguintes:
1) Instale a luva de suporte frontal e alinhe seu centro. Conforme mostrado na Figura 14, prenda a luva de suporte frontal com o dispositivo guia de entrada. Use um relógio comparador para verificar a coaxialidade entre o centro da manga de suporte frontal e o centro da cabeça de corte rotativa: A base do relógio comparador magnético é fixada na cabeça de corte rotativa e a cabeça do relógio comparador mede o orifício interno da manga de suporte frontal. O relógio comparador gira 360 graus com a cabeça de corte rotativa. Com base na leitura do relógio comparador, determine o erro de coaxialidade e sua direção. Ajuste a espessura dos calços sob as três garras do dispositivo de guia frontal de acordo para garantir que o centro da luva de suporte frontal seja coaxial com a cabeça de corte rotativa. Após o ajuste, o dispositivo guia de entrada deve permanecer travado.
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Figura 14 Verificação da coaxialidade da luva de suporte frontal e da cabeça de corte
2) Instale a luva de suporte traseira no orifício do cilindro do dispositivo guia de saída. Como o dispositivo guia de saída e o fuso da cabeça de corte rotativa são montados juntos na caixa do fuso (estrutura mostrada na Figura 15), sua extremidade esquerda é suportada pela cabeça de corte rotativa e sua extremidade direita é suportada pela tampa da extremidade. Portanto, a estrutura da caixa do fuso determina que o orifício do cilindro do dispositivo guia de saída seja coaxial com a cabeça de corte rotativa, permitindo que a luva de suporte traseira seja instalada diretamente como um componente de suporte sem ajuste.
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Figura 15 Diagrama esquemático da estrutura da caixa do fuso
1-Cabeça de corte 2-Dispositivo de guia de saída 3-Tampa da extremidade 4-Luva de suporte traseira
3) Insira a barra de teste nos orifícios das mangas de suporte frontal e traseira. Ambas as extremidades estão dentro da faixa de fixação do dispositivo de alimentação e do carrinho de descarga, respectivamente. Neste momento, a coaxialidade da barra de teste e da cabeça de corte depende da precisão de fabricação do próprio equipamento e da precisão do alinhamento da luva de suporte frontal.
4) Verifique a coaxialidade entre o centro do dispositivo de alimentação e a barra de teste. 5) Verifique as distâncias G e H entre a barra de teste e os rolos de fixação superior e inferior utilizando blocos padrão (ver Figura 11). Ajuste a espessura dos calços sob a base do dispositivo de fixação para igualar os valores G e H. Neste ponto, os centros dos rolos de fixação superior e inferior são coaxiais com a barra de teste.
6) Verifique a coaxialidade entre o centro do carrinho de descarga e a barra de teste. O método de verificação e ajuste é semelhante ao passo 4: ajuste a espessura dos calços sob as pastilhas da pinça de acordo com os valores medidos E e F (ver Figura 11).
7) O dispositivo guia de saída possui um dispositivo de ajuste mecânico que pode ajustar diretamente a coaxialidade com a barra de teste.
Observação: Durante o processo de teste e ajuste, o dispositivo guia de entrada deve permanecer fixado, fixando a luva de suporte frontal até que todo o trabalho seja concluído; os roletes de fixação superior e inferior e a bigorna-em V do carrinho não devem entrar em contato com a barra de teste, apenas aproximando-se dela para facilitar a medição da distância até a barra de teste, a fim de manter a precisão da barra de teste. Os requisitos de precisão para as buchas de suporte frontal e traseira são: uma folga de 0,10 mm entre o furo interno da bucha de suporte frontal e a barra de teste e uma coaxialidade de 0,05 mm entre o furo interno e o círculo externo. A folga entre o orifício interno da luva de suporte traseiro e a barra de teste é de 0,10 mm, a coaxialidade entre o orifício interno e o círculo externo é de 0,05 mm e a folga entre o círculo externo e o orifício do cilindro do dispositivo guia de saída é de 0,15 mm.
Imagem 5 Conclusão
O princípio de ajuste é usar o centro da cabeça de corte rotativa como referência para ajustar a coaxialidade de cinco{0}}centros e usar a barra de teste para teste. A rigidez da posição de suporte da barra de teste deve ser boa. A barra de teste é apoiada pela luva de suporte, que serve como referência de transição, e ajustada para ficar coaxial com a cabeça de corte. Outra função da luva de suporte é reduzir o peso da barra de teste, melhorar a precisão do teste e aumentar a eficiência do ajuste. Ajustar a coaxialidade de cinco centros da máquina de descascar usando o método acima obtém resultados satisfatórios e a qualidade do processamento do produto é significativamente melhorada.
